Структура та механічні властивості металу ЗТВ з’єднань сталі 10Г2ФБ після зварюванні та циклічного навантаження згином

Abstract

UK: Мета. Структура і властивості сталі можуть змінюватися, деколи істотно, під дією термічних циклів зварювання. Подальші зміни параметрів структури металу, а відповідно і його властивостей, відбувається вже в процесі експлуатації конструкцій під впливом зовнішніх сил. Потрібно було дослідити, як це відбувається у металі зони термічного впливу зварних з'єднаннях сталі 10Г2ФБ. Методи. Дослідження виконувалися стосовно оброблених по термічному циклу зварювання зразків. Структуру і її параметри вивчали методом оптичної мікроскопії, а параметри тонкої структури: за результатами досліджень з використанням методу трансмісійної електронної мікроскопії. Випробування зразків на втому проводили на втомній машині малої потужності марки УММ-1. Механічні випробування на статичний розтяг та ударний вигин проводили з використанням стандартних зразків: тип II по ГОСТ 6996-66 і тип IX по ГОСТ 9454-78. Результати. Встановлено, що в результаті дії термічних циклів зварювання, які забезпечують швидкість охолодження металу зони термічного впливу в інтервалі температур 600 - 500 оС від 3 до 21 оС/с його структура змінюється від грубозернистої феритно-перлітно-бейнітної до дрібнозернистої бейнітної. За рахунок цього показники статичної міцності та ударної в’язкості металу зростають, а його пластичні властивості майже не змінюються. Суттєві зміни механічних властивостей металу зони термічного впливу сталі 10Г2ФБ відбуваються внаслідок дії на метал зовнішнього циклічного навантаження згином. По мірі збільшення кількості циклів навантаження параметри структури зменшуються на 23...40 %, а щільність дислокацій зростає майже у 1,5 рази. Це призводить до підвищення показників границі текучості металу на 2 0 .2 2 % та зменшенню його опірності крихкому руйнуванню майже у 1,6 рази. Наукова новизна. Розширено уявлення щодо впливу термічних циклів зварювання та зовнішнього циклічного навантаження згином на структуру та механічні властивості металу зони термічного впливу зварних з’єднань низьколегованих конструкційних сталей. Практична значимість. Результати досліджень можуть бути використані при розробці технологій зварювання для виготовлення, зміцнення і ремонту металевих конструкцій із сталей типу 10Г2ФБ.

RU: Цель. Структура и свойства стали могут изменяться, иногда существенно, под действием термических циклов сварки. Дальнейшие изменения параметров структуры металла, а соответственно и его свойств, происходит уже в процессе эксплуатации конструкций под воздействием внешних сил. Необходимо было исследовать, как это происходит в металле зоны термического влияния сварных соединениях стали 10Г2ФБ. Методы. Исследования выполнялись с использованием обработанных по термическому циклу сварки образцов. Структуру и ее параметры изучали методом оптической микроскопии, а параметры тонкой структуры: по результатам исследований с использованием метода трансмиссионной электронной микроскопии. Испытания образцов на усталость выполняли на усталостной машине малой мощности марки УММ-1. Механические испытания на статическое растяжение и ударный изгиб проводили с использованием стандартных образцов: тип II по ГОСТ 6996-66 и тип IX по ГОСТ 9454-78. Результаты. Установлено, что в результате действия термических циклов сварки, обеспечивающих скорость охлаждения металла зоны термического влияния в интервале температур 600 - 500 °С от 3 до 21 ° С/с его структура меняется от крупнозернистой ферритно-перлитно-бейнитной до мелкозернистой бейнитной. За счет этого показатели статической прочности и ударной вязкости металла растут, а его пластические свойства почти не изменяются. Существенные изменения механических свойств металла зоны термического влияния стали 10Г2ФБ происходят вследствие действия на металл внешнего циклического нагружения изгибом. По мере увеличения количества циклов нагрузки параметры структуры уменьшаются на 23...40%, а плотность дислокаций возрастает почти в 1,5 раза. Это приводит к повышению показателей предела текучести металла на 20...22% и уменьшению его сопротивляемости хрупкому разрушению практически в 1,6 раза. Научная новизна. Расширено представление о влиянии термических циклов сварки и внешнего циклического нагружения изгибом на структуру и механические свойства металла зоны термического влияния сварных соединений низколегированных конструкционных сталей. Практическая значимость. Результаты исследований могут быть использованы при разработке технологий сварки для изготовления, упрочнения и ремонта металлических конструкций из сталей типа 10Г2ФБ.

EN: Purpose. The structure and properties of the steel may vary, sometimes substantially, by thermal welding cycles. Further changes in the structure parameters of the metal, and therefore its properties occur already during operation of the structures under the influence of external forces. It was necessary to investigate how it happens in the metal heat affected zone of welded joints 10G2FB steel. Methodology. Researches were performed using treated by thermal cycle of welding samples. Structure and its parameters were studied by optical microscopy, and the parameters of the fine structure: the results of studies using the method of transmission electron microscopy. Testing of the samples carried out on the low power fatigue machine with brand UMM-1. Mechanical testing for a static tension and impact bending was carried out using standard samples: type II according to GOST 6996-66 and type IX according to GOST 9454-78. Findings. It is established that as a result of the effect of the welding thermal cycles, providing the cooling rate from 3 to 21°C/s of the metal heat affected zone in the temperature range 600-500°C its structure changes from grained ferrite-pearlite bainite to fine grained bainite. Thereby static parameters of the strength and impact resilience of the metal grow and its plastic properties almost no changed. Essential changes in the mechanical properties of the metal HAZ of 10G2FB steel take place due to the action on metal by the external bending cyclic loading. As the number of load cycles the structure parameters are reduced by 23...40%, and the dislocation density is increased by nearly 1.5 times. It led to an increase of yield strength of the metal by 20...22% and reducing its resistance to brittle fracture nearly 1.6 times. Originality. Broadens understanding about the influence of welding thermal cycles and external bending cyclic loading on the structure and mechanical properties of the HAZ of welded joints of low-alloy structural steels. Practical value. The research results can be used to develop technologies for the manufacture, hardening and repair of metal constructions of 10G2FB steel.